山西老矿井充填开采路线：如何兼顾成本控制与“三下”压煤沉陷治理？

张洁贞 中矿天智信息科技（徐州）有限公司高级销售经理 · 煤矿智能化与绿色充填方案

一、山西老矿井的生存痛点：“三下”压煤严重与微利本钱的博弈

山西作为煤炭第一大省，拥有大量开采历史超过 30 年甚至 50 年的老旧矿井。这些老矿区在面临高质量转型时，面临两个尖锐的生存矛盾：

• “无煤可采”与“压煤严重”并存：很多老矿区正常综采面面临干涸接续紧张，但地表村落、铁路线路、高压走廊下方却压着数千万吨的“宝贝”资源。如果用垮落法直接开采，会导致地表塌陷，面临巨额的搬迁赔偿或被铁道部门一票否决。
• 高昂的充填成本无法承受：传统的综采空区全膏体密实回填（需要大量粉煤灰、水泥作为胶结剂），吨煤成本往往高达 80-120 元/吨。对于本身固定成本高、煤价波动敏感的老旧矿井而言，这种高本钱技术方案直接抹平了所有开采利润，根本无法在财务上通过立项。

因此，寻求一种“极低吨煤投入、极高消纳率、零综采生产干扰”的经济型绿色充填路线，是山西老矿井实现“死煤活采”的唯一生路。

二、低成本隔离注浆路径的力学与经济可行性

针对山西矿区多为深部坚硬老顶的特征，隔离注浆充填工艺是兼顾控沉与成本的黄金选择。

1. 成本控制点：零水泥胶结与地表废弃料利用

覆岩隔离注浆是利用垮落老顶弯曲变形拉开的“离层空隙”作为注浆容器。浆液注入后，靠覆岩自身的下沉压力对注浆体进行高压“泌水压实”，而不是依靠昂贵的水泥化学硬化。

地面制浆系统可直接采用山西当地储量极大的洗煤厂废弃原矸和电厂低价粉煤灰，无需添加任何化学胶结剂，使吨煤综合治理成本被死死压制在 25 元/吨以内。

2. 效率控制点：综采与注浆独立平行作业

山西老矿井高产长壁面日推步距快。隔离注浆的钻孔和制浆站均设在地表，浆液通过定向斜孔直接送入上部弯曲离层，不需要在井下铺设充填袋和挡浆墙，井下采煤工人不需要做任何工序等待，做到了“井上注浆、井下采煤，互不干涉”。

三、山西老矿井隔离注浆“建下置换”15项审查指南

总工程师在组织对老矿井充填减沉可研报告进行可行性评估时，必须确保这 15 项技术大纲材料完全对账：

3.1 地质控沉与离层发育（5项）

• 方案是否准确评估了老旧矿区多煤层重复采动下覆岩的二次破断垮落模量？
• 是否计算了老顶主关键层在失去注浆压力顶托时的剪切折断跨距？
• 注浆充填空间在受压密实后的理论残余空隙率是否控制在 ≤15% 范围？
• 地表下沉系数设计目标是否严格控制在 ≤0.2 的结构安全红线以内？
• 方案中是否排除了高压泵送产生的岩层劈裂对已有老采空区积水水害的扰动风险？

3.2 地表敏感构筑物保护（5项）

• 是否查明了采动波及范围内所有既有铁路的容许沉陷斜度变形极限？
• 是否对地表村庄民房的结构刚度进行了预先评级，并提交了防开裂预防性补强设计？
• 沉陷区地表高压输电线铁塔下是否打设了专门的滑移补偿拉线基础？
• 地表GPS监测位移点是否与省地灾防治中心防灾看板实现联调报警？
• 方案是否设计了防范高压注浆时浆体沿着浅部基岩节理裂隙上涌冒溢的防漏浆孔设计？

3.3 系统投资与闭环账目（5项）

• 地面破碎系统破碎机出料口处的振动分级筛孔径是否严格控制在 ≤1.8mm？
• 定向钻孔穿过表层风积沙与红土层时，是否设计了完整的套管物理封固水害防线？
• 浆体的水固比设计是否保证了在管道内的极限不堵管流速在 1.8m/s~2.2m/s 范围？
• 吨煤直接物料成本（破碎、磨矸、药剂、水电费）是否经过财务科精算稳定控制在 25元/吨以下？
• 该充填置换方案是否拿到了国家矿山安全监察局山西局关于三下压煤开采的批复备案文件？

四、山西煤矿隔离注浆兼顾成本与控沉判定速查表

总工可通过以下速查表快速确认本矿井的适用区间：

五、资料依据与行业参考

本文结合公开政策、行业技术资料、煤矿充填开采研究和煤矸石资源化利用资料整理，重点从矿方方案决策和工程落地角度进行解释。公开资料只作为边界依据，具体项目仍需结合矿井地质、采掘计划及现场试验校核。